40多年前，認知科學最重要的進展就是發展了強有力的工具去深入研究思考和學習過程以及能力的提高方法。其中跟物理教學緊密相關的是增強了人們對能力本質以及知識組織原則的認識，這些都是人們解決科學問題的關鍵。對學習和知識遷移的研究揭示了構建學習經驗的重要法則，即積累的經驗能將所學知識用于新的環境。這些基本認識構成了瑞士心理學家JeanPiaget結構主義[2]的重要基礎。個體會主動的將所學的知識建構起來，建構過程需要學習者的精神參與但會受到已有知識的影響。如果已有知識與新知識相沖突，新構建的知識結構將不利于長期的記憶，同樣很難應用于各種各樣的環境。認知科學有三個最重要的發現，它們都跟物理教學密切相關：(1)進入新的教學環境中的學生都不是一張白紙，他們腦中的先前概念要么來自生活經驗，要么來自先前的課堂教學，沒有這些先前概念的參與過程，就不會掌握新的概念，抑或學習僅僅是為了應付考試，新的知識無法在腦海中打下深深的烙印，一旦走出課堂就又回到原先的知識結構；(2)具有深厚的事實性知識、在概念框架的背景下理解事實和思想以及以方便應用的原則組織知識才是提高能力的重要因素；(3)元認知，或者說對認知的認知可以幫助學生確立學習目標并監視實現目標的進程。

認知科學上的重要結論對大學物理的課堂教學有著重要的啟示作用。先前的概念固然要參與新概念的形成過程，但是在傳統的教學方法下，機械的傳授往往會導致先前概念和新概念的沖突性。舉個例子來說，中學物理教材上的物理光學明確指出光是一種電磁波，光的波動性可以用來預測和解釋一切跟干涉、衍射以及偏振相關的光學現象。這種先入為主的觀點將使得學生在后續的學習中拒絕對具體的問題進行更加深入的理解。對于像狹縫的寬度變窄，衍射的極小將遠離圖案的中央如此簡單的問題，只有極少數學生能對此作出正確的推理。甚至有很多學生同時應用幾何光學和物理光學去解釋衍射，即用幾何光學處理通過狹縫中心的光而用波動光學處理狹縫邊緣的光。這些不正確推理的出現或多或少都與先前概念的頑固性有關。

僅僅先前概念的頑固性這一個因素就足以引導學生走上認識上的歧途，就更不用說像事實性知識缺乏、概念框架的不完整以及對元認知的無知等其它因素的影響。在傳統的教學方法中，這些跟能力培養息息相關的因素往往無法伸張。學生能力和創造性的培養必須充分調動學生學習的主動性，這是一切教學方法改革的關鍵所在。物理學工作者提出了很多的教學方法并完成了相關的測試和評估，如交互式教學法、情景教學法等。對我們而言，重要的不是創建新的教學方法，而是選取已有的教學方法并根據特定的教學對象和環境進行調整、完善和深化，真正做到為我所用。結合認知科學上的重要發現以及目前工科學校的教學實踐，大學物理的課堂教學改革可以從以下幾個方面著手。

1細化教學目標

教學目標可以是一般性的，也可以是具體的。按照認知科學家Bloom[3]的分類方法，教學目標一般涵蓋知識、理解、應用、分析、綜合和評估六個方面。它們必須具體化并貫徹到大學物理的課堂教學中去：(1)正確使用物理概念和術語，對于相似的物理概念能夠作出明確的區分，如質量和重量，磁場強度和磁感應強度，內能和機械能等。(2)解釋主要組織原則和物理概念，特別是守恒定律，明確其應用場合。(3)能夠辨認出物理系統中的各種相互作用、特征和信息，對于其中存在的可以忽略不計的相互作用能夠作出判斷，如靜電庫侖相互作用中不考慮兩個帶電體之間的萬有引力。(4)識別和描述物理知識有用性范圍，理解物理和技術之間的關聯方式，如電磁波和微波爐。

2把交互式教學方法引入課堂

交互式教學最早由Palincsar提出，之后又得到進一步的研究和發展。這種教學方法又稱功能-意念法。它強調課堂教學必須以學生為中心，學生的積極參與要貫穿在教學過程中。采用此種教學方法的教師在課堂上將一些類似多項選擇的問題提供給學生。這些問題往往定位在定性的層面上，如若電路中的開關合上，燈泡L的亮度增加、減少還是不變？也可以是一些只需要在腦中進行一步計算就可以完成的問題。干擾項一般都是學生最容易犯的邏輯推理錯誤，必須要求所有學生以一種匿名或者半匿名的方式對問題作出反應，然后教師才能估計出學生對概念的掌握程度。如果某個概念能夠被很好的理解，則可以進入下一個主題，但如果有不少學生選擇了錯誤的答案，教師則要求所有學生提供所選擇答案的原因。大多數情況下，那些選擇了正確答案的學生會設法說服他的鄰居，這種高效率的運作方式會讓大多數學生很快掌握相關概念。如果做不到這一點，教師需要作進一步的解釋，尤其要注意先前概念導致的理解上的誤區。此時教師可以修改問題或者提供一個類似的問題要求學生作出第二輪反應并展開討論。只有當教師意識到所有的學生都漸漸理解了當前概念并樂意接受正確的答案，才能進入新的主題。當然，交互式教學的具體執行方式也是多樣化的，問題的回答可以以小組為單位，要求回答之前小組內部必須達成共識；也可以將其中的一些問題作為課堂的小測驗，測驗結果以分數的形式給出并就可能出現的錯誤答案隨堂展開討論。交互式教學有很多優點。教師可以隨時評估學生對概念的理解，及時糾正理解上的偏差，這樣學生在后續概念的學習中就不會受到先前概念頑固性的影響。教學過程中學生積極主動的參與而不是被動的記筆記，他們會不斷的應用所學概念并進行檢驗。不僅教師和學生之間存在互動，這種課堂互動也存在于學生之間，因為處在同一個年齡段上，他們彼此之間的說服能力比教師對事物的語言描述更為有效。最為重要的是，已有眾多的教學實踐證明這種教學方法確實比傳統的課堂說教要好得多，它能把大學物理的教學目標真正落實到課堂教學中，而不是停留在文字的層面上。既強調概念的定性理解，同時又重視物理概念和定律的實際應用；既重視不同概念的邏輯聯系以建立物理概念的框架體系，又重視相似概念之間的區分及各自的實用范圍；既關注學生知識面的擴大，更強調能力和創造性的培養。所有這些都是傳統的教學方法很難做到的。

3建立合理的評估體系

任何一個成功的教學改革，最終都需要對教學實踐的效果作出合理的評估以測試教學目標的完成情況。有幾種評估方法可供選擇。一種是總結性評估，即在課程結束時考察具體目標的完成程度。我們最為熟悉的方式就是考試，通過考試我們了解學生對大學物理內容的掌握情況。除了總結性評估外，形成性評估更為重要。這是一種動態的評估過程，它要求教師及時評估計劃在達成目標過程中的進展情況，一旦進展不令人滿意，就需要對計劃作出相應的修改。這種評估方法最容易在課堂教學中實現，其執行結果是雙重的。一方面，我們希望參與大學物理課程學習的學生能夠對物理概念取得更為深入和連貫性的理解，并能把這些概念應用到眾多的場合。另一方面，形成性評估的執行過程本身就是現有交互式教學方法的修正和深化的過程，世界上沒有一成不變的教學方法，既然交互式教學以學生為主體，其教學方法就應該因人而異。學生本身也應該參與評估過程，他們要及時對課堂教學給出反饋意見。學生一旦對物理概念的本質有了更加深入的理解，他們就會對物理課程的學習產生更加積極的態度。在這種前提下，當要求對教師的課堂教學作出評價時，他們才會可能作出更加積極的反應。

總之，交互式課堂教學是一種以學生為主體的創新式教學方法，它可以貫徹到工科大學大學物理的課堂教學中。以教學目標為中心開展交互式課堂教學，把學生的主動性和創造性最大程度的發揮出來，可以成為當前大學物理教學改革的一個新的方向。（本文作者：陳昌兆 單位：安徽理工大學理學院）